多线程环境内存数据安全持久化到磁盘

问题

最近一个项目，对计算效率时实性要求比较高，我把所有数据都放到内存里面操作计算，这个时候如果进程被意外终止（人为 kill 或者说 oom kill 都可能），数据就会全部丢失，所以需要定时的把内存数据备份到磁盘（数据可能几十 M，也可能十几个 G ），这样进程重启就可以读取备份文件恢复数据到内存，丢失几分钟的数据还是可以接受的；还有一个需求是需要有个触发器线程，会在一定情况触发去同步内存数据到硬盘。

思考

总的来说就是一个定时线程，一个触发器线程，有几率会出现多线程写一个文件情况，多线程写文件比较好解决，首先想到的就是给文件上锁，确实可以解决多线程环境写的问题，但是无法解决在写的时候，进程被意外 kill，写到一半操作被终止，数据就会被损坏，这个时候比较尴尬的就是直接在原文件基础操作的，数据完全被损坏，进程重启找不到完整的数据去恢复，于是想到每次备份的时候写到不同的文件里面，这个时候面临的问题就是如果数据很大，就会产生 n 个备份文件，极端情况也无法接受，毕竟磁盘也是钱阿。所以抛出的问题就是多线程环境内存数据安全持久化到磁盘。

解决方案

寻找一种原子级别的备份操作，备份成功则数据更新，备份失败保留原始数据，由于是原子操作，也不存在多线程的竞争问题

具体实现

首先将内存数据写入一个随机的 tmp 文件，然后使用 rename 函数将 tmp 文件更新为备份文件名字，rename 的 manpage

If newpath already exists it will be atomically replaced (subject to a few conditions; see ERRORS below), so that there is no point at which another process attempting to access newpath will find it missing.

重点就是只要操作系统不 crash，rename 操作就是原子的。

bool 
concurrent_safe_backup()
{
    ofstream ofs; 
    std::string tmp = "tmp";

    static default_random_engine e(time(0));
    //random filename
    tmp += to_string(e());

    //open
    ofs.open(tmp);
    if (!ofs) {
        return false;
    }

    std::string contentString = "data";
    ofs << contentString;
    ofs.close();

    int ret = rename(tmp.c_str(), "memory.bak");
    if (ret == -1) {
        return false;
    }
    //done
    return true;
}